與普通機(jī)器人不同，微型機(jī)器人因其體積的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用在微型物體操縱和靶向給藥方面，一直是探索癌癥治療的一種針對(duì)性治療技術(shù)。

在生物應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的微 / 納米藥物操作（例如封裝和釋放），解決更多的微型操作技術(shù)難題，微型機(jī)器人需提高其適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境的形狀變形能力。

01

遇酸釋放，靶向治療

日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究人員李佳文、張麗、吳東及其同事開發(fā)出微型 3D 打印的機(jī)器人動(dòng)物，可用于直接向癌細(xì)胞輸送化療藥物，這將有助于減弱藥物副作用，提高治療能力。研究人員所追求的應(yīng)用包括使用體外磁鐵將微型機(jī)器人引導(dǎo)到實(shí)體腫瘤，然后腫瘤的天然酸性微環(huán)境刺激形狀變化，導(dǎo)致化療藥物的局部釋放。

在此之前，研究人員已經(jīng)開發(fā)出可以操控微型物體的機(jī)器人（小于 100 m），但大多數(shù)機(jī)器人只能操控其行蹤，無法根據(jù)復(fù)雜的任務(wù)改變它們的形狀（例如釋放藥物）。一些研究團(tuán)隊(duì)制造出了 4D 打印物體（利用 3D 打印設(shè)備，可根據(jù)某些刺激改變形狀，這種能力增加了一個(gè)額外的 " 維度 "，并促使中國(guó)團(tuán)隊(duì)將該過程描述為 4D 打印）。但它們通常只能執(zhí)行簡(jiǎn)單的動(dòng)作，并且無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

為解決上述問題，研究人員希望能夠開發(fā)出變形的微型機(jī)器人，可以通過磁鐵引導(dǎo)其到人體特定部位進(jìn)行治療。由于腫瘤存在于酸性微環(huán)境中，研究小組決定讓微型機(jī)器人改變形狀以適應(yīng)低 PH 值的酸性環(huán)境中。這一成果，向微型機(jī)器人在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用邁出重要的一步，該研究成果以論文形式發(fā)表在 ACS Nano 上。

02

形狀多變，外觀太 Q 萌

研究中微型機(jī)器人由水凝膠（對(duì) PH 值敏感）經(jīng) 3D 打印成不同的動(dòng)物形狀，例如魚、螃蟹和蝴蝶等，水凝膠表面多孔隙，用于攜帶顆粒。同時(shí)，研究人員在特定區(qū)域（例如蟹爪或魚嘴）改變了機(jī)器人的打印密度。故而，這些區(qū)域可以按照環(huán)境酸度的改變而開或關(guān)。

另一個(gè)挑戰(zhàn)涉及微型機(jī)器人的移動(dòng)，例如目標(biāo)將其引導(dǎo)至實(shí)體腫瘤部位。為了解決此難題，研究人員將思路轉(zhuǎn)向了磁鐵。他們通過將微型機(jī)器人浸泡在氧化鐵納米顆粒的懸浮液中來磁化微型機(jī)器人，以便磁鐵來移動(dòng)微型設(shè)備。這意味著當(dāng)微型機(jī)器人在體內(nèi)時(shí)，可以通過在人體外部施加磁鐵或磁場(chǎng)來遠(yuǎn)程和微創(chuàng)控制其行動(dòng)。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)在一個(gè)同樣含有癌細(xì)胞的培養(yǎng)皿中的人造模擬血管中測(cè)試了微型機(jī)器人。他們成功地利用磁鐵操縱微型機(jī)器人穿過血管并趨向血管一端的癌細(xì)胞，他們降低了 PH 值以模擬腫瘤的天然弱酸性微環(huán)境。在微酸性的溶液環(huán)境中，如預(yù)期所示，魚嘴釋放出了藥物，并成功使癌細(xì)胞凋亡。在另一測(cè)試中，螃蟹形的微型機(jī)器人可以用蟹鉗夾住藥物納米顆粒，移動(dòng)到目標(biāo)位置并靶向釋放藥物。

這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于靶向遞送藥物提供了希望。未來，該團(tuán)隊(duì)表示需要將微型機(jī)器人體積做得更小，使得它們能夠穿過真正的血管，同時(shí)還需要探索一種利用身體對(duì)其跟蹤的方法。